Proprietățile chimice ale alcoolilor sunt reacțiile chimice ale alcoolilor în interacțiune cu alte substanțe.
Ele sunt determinate în principal de prezența unei grupări hidroxil și de structura lanțului de hidrocarburi , precum și de influența lor reciprocă:
Toate reacțiile chimice ale alcoolilor pot fi împărțite în trei grupuri condiționate asociate cu anumite centre de reacție și legături chimice:
Cu metale alcaline și alcalino -pământoase , aluminiu , galiu , taliu și alte metale, precum și cu baze puternice (de exemplu: amide sau hidruri), alcoolii sunt capabili să reacționeze pentru a forma alcoolați [1] :
Cu acizii Lewis puternici, alcoolii se comportă ca niște baze, formând complexe donor-acceptor [2] :
Mai multe despre natura proprietăților acido-bazice ale alcoolilor: Disocierea și proprietățile acido-bazice ale alcoolilor .Una dintre cele mai importante reacții care implică legătura C-O este conversia alcoolilor în haloalcani . Gruparea hidroxil din alcooli poate fi înlocuită cu un atom de halogen în mai multe moduri [2] :
Interacțiunea alcoolilor cu acizii hidrohalici duce la înlocuirea grupării hidroxil cu un halogen :
În funcție de structura substratului, sunt posibile procese secundare de izomerizare și deshidratare . Din cauza condițiilor de operare relativ dure, aceste reacții sunt aplicabile numai compușilor care sunt rezistenți la acizi.
Acizii bromhidric și iodhidric se obțin adesea direct în timpul reacției din sărurile corespunzătoare ( KBr , KI , etc.) prin acțiunea acizilor sulfuric sau fosforic [3] [4] .
Alcoolii primari nesubstituiți sunt transformați în bromuri de alchil folosind acid bromhidric concentrat fierbinte [4] :
Încercările de a prepara iodură de alchil cu HI pot duce uneori la reducerea produsului original la un alcan . În plus, iodul de hidrogen liber este capabil să reacționeze cu acidul sulfuric , ducând la formarea acidului sulfuros și a iodului [3] . Dacă substratul conține duble legături, acestea din urmă pot fi și ele reduse [5] .
Reacțiile de mai sus pot fi utilizate pentru a obține haloalcani primari, secundari și terțiari , deși în cazul alcoolilor izobutilici și neopentilici, randamentele produselor de rearanjare sunt mari [4] [6] .
Reacțiile alcoolilor terțiari cu HCI se desfășoară destul de ușor. În acest caz, se formează clorurile de alchil terțiar corespunzătoare (împreună cu produsele reacțiilor secundare). Alcoolii primari și secundari reacționează mult mai lent și necesită utilizarea unui catalizator . De obicei se folosește așa-numitul reactiv Lucas , care este un amestec de HCl și ZnCl 2 [4] [7] .
S-au obţinut randamente bune de cloruri de alchil primare utilizând HCl în HMPA ( hexametilfosfotriamidă , un solvent aprotic bipolar) [8] .
Interacțiunea directă a alcoolilor cu fluorura de hidrogen este posibilă numai atunci când se utilizează alcooli terțiari, alilici și benzilici. De exemplu, reacția alcoolului terț -butil cu o soluție apoasă 60% de HF atunci când este încălzit duce la formarea fluorurii de terț -butil [9] :
În loc de HF pur, o soluție de 70% de acid fluorhidric în piridină , așa-numitul reactiv al lui Olah , este de obicei folosită pentru fluorurare .
Alcoolii primari și secundari reacționează cu halogenurile de hidrogen conform mecanismului S N 2 (schema generală):
Alcoolii terțiari se caracterizează prin mecanismul S N 1 :
În timpul acestei substituții, se formează un carbocation intermediar , astfel încât reacțiile S N 1 pot fi însoțite de rearanjamente și eliminare. Astfel, doar acei alcooli terțiari care dau un carbocation care nu este capabil de rearanjare sunt de interes practic.
Interacțiunea alcoolilor cu halogenuri de fosforO modalitate obișnuită de a transforma alcoolii în halogenuri de alchil este interacțiunea lor cu halogenurile de fosfor: PBr3 , PCl5 , POCl3 sau PI3 ( format direct în timpul reacției). Reacția se desfășoară conform mecanismului nucleofil cu formarea de halofosfit ca intermediar [10] :[p. 142-143] :
Pentru a crește randamentul produsului final și a reduce proporția de reacții secundare, înlocuirea se efectuează în prezența piridinei .
În conformitate cu particularitățile mecanismului de reacție (S N 2), înlocuirea grupării hidroxil cu un halogen are loc odată cu inversarea configurației la atomul de carbon asimetric. Trebuie avut în vedere că substituția este adesea complicată de izomerizare și rearanjare, prin urmare, o astfel de reacție este de obicei folosită pentru alcooli relativ simpli [10] :[p. 142] .
Reacția alcoolilor cu clorură de tionilÎn funcție de condiții, interacțiunea alcoolilor cu SOCl 2 are loc fie prin mecanism S N i , fie prin mecanism S N 2 . În ambele cazuri, alcoolul este transformat în clorura de alchil corespunzătoare.
Dacă reacția se desfășoară în absența piridinei , produsul are aceeași configurație a centrului de reacție ca și alcoolul de pornire ( mecanismul S N i ):
Adăugarea de piridină la amestecul de reacție duce la o modificare a rezultatului stereochimic al procesului. Clorura de alchil rezultată are o configurație inversată . Acest fapt poate fi explicat prin următorul mecanism S N 2 [4] :
Interacțiunea alcoolilor cu clorurile de acid sulfonic și substituția ulterioarăAlcoolii sunt capabili să reacționeze cu clorurile de acid sulfonic în prezența unei baze pentru a forma esterii corespunzători. Alcoolii primari reacţionează mai repede decât cei secundari şi mult mai rapid decât cei terţiari [4] . Este posibil să se formeze selectiv un ester primar al acidului sulfonic în prezența grupărilor alcoolice secundare și terțiare. Prepararea tosilaților de alchil (R–O–SO 2 C 6 H 4 CH 3 ), mesilaților de alchil (R–O–SO 2 CH 3 ) și triflaților de alchil (R–O–SO 2 CF 3 ) este cea mai mare. importanță practică. Cea mai des folosită bază este piridina , care acționează simultan ca un catalizator nucleofil [4] .
Sulfonații sunt grupări scindabile excelente și sunt ușor înlocuiți cu un atom de halogen prin mecanismul S N 2:
Sursa ionului de halogenură este de obicei sarea anorganică corespunzătoare ( NaBr , LiCl , CsF , KF , etc.) Ca solvent se folosesc solvenți aprotici dipolari: DMSO , DMF , acetonitril . Substituția are loc, de regulă, cu inversarea configurației [11] :[p. 9] .
Metoda de înlocuire a unui hidroxil cu o grupare foarte reactivă este o metodă preparativă puternică în chimia organică, care face posibilă obținerea din alcooli în două etape, pe lângă halogenuri, o mare varietate de compuși: eteri, esteri ai acizilor carboxilici, amide etc. [10] :[p. 151-152] .
Interacțiunea alcoolilor cu sărurile de cvasi-fosfoniuAlcoolii pot fi transformați în halogenuri de alchil prin reacția cu săruri de cvasi-fosfoniu - [ R3PHal ] + X- . Acestea din urmă sunt formate prin interacțiunea organofosforilor ( R3P ) cu halogeni, tetrahalometani ( CCl4 , CBr4 ) sau N - halosuccinimide (de exemplu, NBS ). Această metodă este aplicabilă alcoolilor primari și secundari; in cazul alcoolilor tertiari este posibila formarea produselor de rearanjare [2] . R3PBr2 și R3PI2 ( obținut din R3P și Br2 / I2 ) dau randamente bune chiar și cu substraturi terțiare și neopentil [ 4 ] . În general, reacția se desfășoară conform următoarei scheme [12] :
Transformarea are loc cu inversarea atomului de carbon reactiv [12] .
Un caz special de interacțiune - conversia alcoolilor în cloruri de alchil sub acțiunea trifenilfosfinei și a tetraclorurii de carbon - în literatura străină a fost numit reacția Appel [13] [ 14] :
Alte metode de înlocuire a unei grupări hidroxil cu un halogenSă dăm exemple de câțiva agenți suplimentari care fac posibilă înlocuirea unei grupări hidroxil cu un halogen.
Esterificarea alcoolilor cu acid azotic concentrat produce nitrați organici [22] :
Folosind agenți nitrozanți (NaNO 2 + H 2 SO 4 ; NOCl ; NOBF 4 etc.), prin analogie se pot obține esteri ai acidului azot [23] :
Un bun agent nitrozant pentru alcooli este și o soluție de nitrit de tetrabutilamoniu (C 4 H 9 ) 4 NNO 2 în acetonitril amestecat cu 2,3-dicloro-5,6-dicianobenzochinonă și trifenilfosfină [24] .
Obținerea sulfiților și sulfațilorAcidul sulfuric este capabil să dea, atunci când interacționează cu alcoolii la temperaturi scăzute, esteri acizi și medii ( alchil sulfați ):
În laborator, această metodă poate fi utilizată numai pentru alcoolii inferiori (metanol și etanol), întrucât în alte cazuri proporția produșilor de deshidratare este mare: alchene și eteri [25] :[p. 22] .
Pe lângă acidul sulfuric, pentru sinteza alchilsulfaților se folosesc oxidul de sulf(VI) , acidul clorosulfonic sau aminosulfonic [26] .
Prin reacția alcoolilor cu clorură de tionil sau dioxid de sulf (în prezența iodului sau bromului) în piridină, se pot obține sulfiți organici [27] :
Obținerea hipohalogenitelorMetoda standard de obținere a hipocloriților organici din alcooli este acțiunea soluției de hipoclorit de sodiu asupra acestora din urmă la răcire și în absența razelor directe ale soarelui [15] :[p. 62-63] :
În mod similar, hipobromiții pot fi obținuți din alcooli primari, în timp ce pentru etanol se observă un randament foarte mare (92%) [28] :
Rețineți că în etanol , atunci când interacționează cu hipohalite în alte condiții, acesta este oxidat cu formarea de cloroform , bromoform sau iodoform ( reacție cu haloform ) [29] :
Obținerea altor esteri ai acizilor anorganiciPrin reacția alcoolilor cu unii acizi anorganici, anhidridele sau halogenurile lor acide se pot obține diverși esteri:
Spre deosebire de alcooli, care sunt nucleofili slabi, alcoolații care formează ioni de alcoxid RO - sunt nucleofili puternici și reacționează ușor cu halogenurile de alchil prin mecanismul S N 2 pentru a forma eteri [34] :
În loc de halogenuri de alchil, se pot utiliza și sulfonați de alchil [25] :[p. 21] .
Produsele secundare ale reacției sunt alchenele formate ca rezultat al procesului competitiv de eliminare a alcoolului [34] :
Metoda este una dintre cele mai vechi din practica de laborator și este utilizată în principal pentru sinteza eterilor nesimetrici [34] . O altă direcție de utilizare a reacției Williamson este sinteza eterilor coroană [35] .
Deshidratarea intermoleculară și intramoleculară a alcoolilorCu încălzire atentă în prezența acidului sulfuric , are loc deshidratarea intermoleculară a alcoolilor cu formarea de eteri [36] :
Dacă alcoolii dihidroxilici reacționează cu un acid, va avea loc o reacție de deshidratare intramoleculară cu formarea de compuși heterociclici . De exemplu, 1,4-butandiolul formează tetrahidrofuran [36] :
Întrucât reacția de obținere a unui eter este reversibilă, pentru a-l deplasa spre dreapta, se folosește de obicei metoda de distilare a produselor finite (apă sau eter) din amestecul de reacție [36] .
Există și metode de deshidratare termocatalitică a alcoolilor. De exemplu, alcoolii primari în prezența unui catalizator mixt Ni- Al2O3 - SiO2 și hidrogen sunt transformați în eteri la încălzire [37] :
Metoda deshidratării intermoleculare, una dintre cele mai vechi metode de obţinere a esterilor, este utilizată foarte limitat şi numai pentru alcoolii primari neramificati datorită proporţiei mari de alchene formate în cazul deshidratării intramoleculare la utilizarea alcoolilor secundari şi terţiari. Cu toate acestea, reacția este utilizată în industrie pentru sinteza unor eteri [35] .
Alte metode de transformare a alcoolilor în eteriAlte metode pentru transformarea alcoolilor în eteri [38] includ:
Alcoolii sunt capabili să formeze esteri în reacțiile cu acizii organici atunci când sunt încălziți în prezența unui catalizator acid ( de obicei H2S04 concentrat ) . Acest proces se numește reacție de esterificare catalitică acidă (cunoscută și ca reacție Fischer ). De exemplu, interacțiunea etanolului cu acidul acetic dă acetat de etil [3] :
Mecanismul de reacție [39] :
Reacția de esterificare acid-catalitică este cea mai simplă și mai convenabilă metodă de obținere a esterilor atunci când nici acidul, nici alcoolul nu conțin grupe funcționale sensibile. Ca catalizator, pe lângă acidul sulfuric utilizat în mod tradițional, poate acționa acidul Lewis sau Bronsted ; solventul este de obicei alcoolul însuși sau, dacă acest lucru nu este posibil, toluenul sau xilenul . Pentru a crește randamentul eterului, se utilizează distilare sau legarea chimică a apei, precum și echipamente de laborator specializate - aparatul Dean-Stark [40] .
Pentru reactivii care sunt împiedicați steric și predispuși la eliminare sub acțiunea acizilor, de exemplu, terț -butanol, există o metodă ușoară de esterificare numită esterificare Steglich . Reacția dintre alcool și acid are loc în prezența diciclohexilcarbodiimidei (DCC) și a cantităților mici de 4-N,N-dimetilaminopiridină. DCC și acidul carboxilic în prima etapă formează un intermediar O-acilizouree, care reacţionează apoi cu alcoolul pentru a forma un ester [41] :
Reacție de intereserificareReacția de interesterificare sau de alcoolizare a esterilor are următoarea formă generală:
Pentru implementarea cu succes a interesterificării se folosesc diverse metode: distilarea produselor cu punct de fierbere scăzut, utilizarea catalizatorilor speciali, inclusiv transferul interfacial etc. Mecanismul reacției de interesterificare este similar cu mecanismul hidrolizei în esteri, prin urmare, alchil. clivajul este posibil ca proces secundar [42] :[p. 130-131] :
Alcooliza grăsimilor vegetale, care sunt esteri ai acizilor grași și glicerolului, cu alcool metilic sau etilic este o alternativă promițătoare pentru producerea de biodiesel [43] [44] .
Reacția alcoolilor cu clorurile acide, anhidridele acide și nitriliiCu clorurile acide ale acizilor carboxilici, alcoolii reacţionează destul de uşor, formând esteri (reacţie de acilare) [25] : [p. 20] :
Reacția alcoolilor cu halogenuri acide este cea mai bună modalitate generală de obținere a esterilor, deoarece permite utilizarea substraturilor cu o mare varietate de grupări funcționale [42] :[p. 125] .
În 1898, o modificare a acestei metode a fost propusă de chimistul german Einhorn : acilarea se realizează într-un exces de piridină . În prima etapă, amina reacţionează cu clorura acidă pentru a forma o sare de piridiniu, care, datorită capacităţii sale mari de acilare, se transformă uşor într-un eter sub acţiunea alcoolului [45] :
În loc de halogenuri de acil, o reacție similară a anhidridelor de acid carboxilic cu alcooli poate fi utilizată pentru a sintetiza esteri . Ca catalizatori sunt utilizați acizi Lewis, acizi și baze, precum și piridina și N-4,4-dimetilaminopiridina [42] :[p. 126] :
O altă modalitate de a obține esteri: interacțiunea alcoolilor cu nitrilii acizi într-un mediu cloroform anhidru în prezența acidului clorhidric gazos conduce la un imino ester ( reacția Pinner ), a cărui hidroliză poate produce un ester [46] :
Esterificarea lui MukayamaÎn 1975, Mukayama și colegii au sugerat utilizarea unui reactiv special, iodură de 2-clor-1-metilpiridiniu, pentru a obține randamente mari în reacția de esterificare [47] :
Metoda Mukayama este utilizată în prezent pentru sinteza aminoacizilor și peptidelor [48] .
Reacția lui MitsunobuCând alcoolii reacţionează cu acizii carboxilici în prezenţa trifenilfosfinei şi azodicarboxilat de dietil ( ing. d i e til a zo d icarboxilat , DEAD), se formează esterul corespunzător . Acest proces se numește reacția Mitsunobu . Caracteristica cheie a reacției este inversarea ( inversarea configurației ) atomului de carbon la grupa hidroxil.
Mecanismul de reacție Mitsunobu [49] [50] [51] :
Fosgenul COCl 2 , sursa grupării clorocarbonil -C(O)Cl, este capabil să reacționeze cu diverși agenți nucleofili și, în special, cu alcooli în conformitate cu mecanismul S N 1 sau mecanismul de substituție a acil (intermediar de tranziție tetraedric) [52] :[p. 46] :
În cazul reacţiei luate în considerare: R=L= Cl , Nu= RO − .
Alcoolii alifatici reacţionează cu uşurinţă cu fosgenul la temperatura camerei, formând cloroformiaţi (ROC(O)Cl) cu randament ridicat [52] :[p. 47] . Produsele secundare ale reacției sunt clorurile de alchil formate în timpul descompunerii cloroformiatilor [52] :[p. 49] :
Similar cu fosgenul, derivații săi intră și ei în reacția de clorocarbonilare cu alcooli: difosgen , trifosgen , clorură de oxalil .
Înlocuirea grupării hidroxil cu o grupare amidăSubstituția nucleofilă a grupării hidroxil cu gruparea amidă este posibilă numai dacă aceasta este modificată: transformată în forma oxoniului (−O + H 2 ) sub acțiunea acizilor tari sau obținerea preliminară de esteri dialchilici ai acidului sulfuric (R−OSO 2 O ). −R), urmată de înlocuirea lor:
Interacțiunea catalitică directă a celor mai simpli alcooli cu amoniacul este de importanță exclusiv industrială, deoarece are ca rezultat formarea unui amestec de produse [53] :[p. 517] .:
De exemplu, prin reacția alcoolului amilic cu amoniac în prezența hidrogenului și a catalizatorilor (Ni+Cr 2 O 3 ) la temperatură și presiune ridicate, se obțin amilamine mixte [54] .
Interacțiunea alcoolilor cu amoniacul în prezența catalizatorilor de dehidrogenare ( cupru , nichel , cobalt pe alumină etc.) se realizează prin mecanismul dehidrogenării urmate de aminare [55] :
Tot in industrie se foloseste condensarea unor amine cu alcooli. De exemplu, anilina reacționează cu alcoolii în condiții dure (170–280°C, presiune 10 MPa, catalizatori: acizi minerali, nichel) pentru a forma un amestec de derivați mono și disubstituiți [56] :
Alcoolii terțiari cu o grupare hidroxil mobilă reacţionează cu ureea pentru a forma derivaţi N-alchil [57] :[p. 77] :
Înlocuirea unei grupări hidroxil cu o grupare mercaptoÎnlocuirea grupării hidroxil cu gruparea mercapto (–SH) cu formarea de tioli poate fi realizată prin acțiunea P 4 S 10 asupra alcoolilor sau prin interacțiunea vaporilor de alcool cu hidrogen sulfurat în prezența unui catalizator heterogen. [58] :
O metodă alternativă pentru obținerea derivaților organici ai acidului hidrosulfurat este interacțiunea alcoolilor cu tioureea în mediu acid, urmată de hidroliză [57] [59] :[p. 72] :
Înlocuirea unei grupări hidroxil cu o grupare nitrilPrin analogie cu sinteza amidelor, înlocuirea grupării hidroxil cu nitril se realizează prin producerea unui alchilsulfonat, care conduce ulterior la nitril sub acţiunea cianurii de sodiu sau de potasiu [60] :[p. 434] .:
Înlocuirea grupării hidroxil cu o grupare azidăAlcoolii nu interacționează direct cu azidele anorganice, totuși, încălzirea lor cu difenilfosforil azidă permite trecerea la azide organice într-o singură etapă [61] :
Deshidratarea acido-catalitică a alcoolilor este una dintre cele mai simple și mai accesibile metode de obținere a alchenelor ; în același timp, diverși acizi minerali și organici ( acid sulfuric , fosforic sau oxalic ), săruri acide ( hidrosulfat de sodiu ), precum și acizi Lewis [15] pot fi folosiți ca agent de deshidratare : [p. 90] .
Într-un mediu nenucleofil, alcoolii, fiind protonați de acid, sunt eliminați prin mecanismul E1. Mecanismul E2 pentru reacția de deshidratare este rar [62] :[p. 260-261] :
Carbocationul format în timpul reacției este predispus la manifestarea deplasării H + (migrarea unui proton sau a grupărilor alchil), ceea ce duce la rearanjamente și formarea unui amestec de produși fini în timpul eliminării [62] :[p. 261-262] :
Divizarea alcoolilor în aproape toate cazurile are loc conform regulii Zaitsev , adică atomul de hidrogen este eliminat din atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat.
Metoda originală de deshidratare este tratarea alcoolaților alcoolilor corespunzători cu bromoform (eliminarea are loc prin formarea intermediarilor de carboniu intermediari) [63] :
Principalul dezavantaj al deshidratării acido-catalitice a alcoolilor este capacitatea limitată de a controla poziția dublei legături rezultate, precum și structura lanțului de hidrocarburi, astfel încât această metodă este de obicei utilizată pentru alcooli simetrici steric sau alcooli cu o simplă structura [64] :[p. 175-176] .
Deshidratarea catalitică termică a alcoolilor peste catalizatori cu oxid de metal este o altă metodă comună pentru prepararea în laborator a alchenelor [65] . Există mulți catalizatori de deshidratare diferiți printre care: Al 2 O 3 [66] , ThO 2 [67] , ZnO [68] , V 2 O 5 [69] , oxizi ai metalelor pământurilor rare (Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm2O3 , Yb2O3 , Lu2O3 , Y2O3 , CeO2 ) [ 70 ] , zeoliţi [ 71 ] . _ _ _ _
Reacția de deshidratare se realizează la o temperatură ridicată, în timp ce dehidrogenarea alcoolilor este observată ca procese secundare [65] [68] :
Studiile au arătat că produsele deshidratării termice pe un catalizator de alumină sunt trans -alchenele mai stabile termodinamic [72] .
Dezavantajul deshidratării termice a alcoolilor, precum și al deshidratării catalitice, este lipsa controlului asupra poziției dublei legături, precum și imposibilitatea utilizării acestei metode pentru compuși care conțin diverse grupări funcționale instabile termic.
Termoliza alcoolilor secundari și terțiari cu N-(trietilamoniusulfonil)carbamat de metil ( reactiv Burgess ) duce delicat și selectiv la alchene [73] :
Reactivul lui Burgess este utilizat în cantități catalitice, iar reacția are loc stereospecific și este cis -deshidratare [74] :[p. 732] .
Deshidratarea conform lui MartinAlături de reactivul Burgess se folosește un alt reactiv organic pentru deshidratarea alcoolilor: sulfuranul Martin sau difenilbis(1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-fenil-2-propoxi)sulfuran [74] :[ p. 811] :
Acest agent de deshidratare este folosit în primul rând pentru alcoolii secundari și terțiari, aceștia din urmă reacționând cu el aproape instantaneu; alcoolii primari sunt nereactivi - formează eteri cu sulfuranul [75] .
Eliminarea conform lui ChugaevReacția Chugaev este interacțiunea alcoolilor cu CS 2 și NaOH urmată de piroliza xantatului format [76] :
Produșii de reacție sunt alchene , de obicei în configurație cis . Principalul avantaj al metodei este reducerea la minimum a izomerizării și migrării legăturilor multiple.
Strict vorbind, eliminarea conform lui Chugaev este analogă cu producerea de alchene prin piroliza diferiților esteri. Consultați articolul Alkenes pentru detalii .
Alcoolii primari, în funcție de alegerea reactivului, sunt oxidați la aldehide sau acizi carboxilici , alcooli secundari la cetonele și acizii corespunzătoare. Alcoolii terțiari sunt rezistenți la oxidare, totuși, sub acțiunea agenților oxidanți puternici, ei pot fi împărțiți cu o rupere a lanțului de carbon în diverși compuși carbonilici.
Reacțiile de oxidare ale alcoolilor, cu alte cuvinte, transformări în compuși carbonilici, pot fi împărțite în două grupe condiționate [77] : [p. 114] :
Tabelul 1. rezumă datele privind reacțiile de oxidare ale alcoolilor la diverși derivați [77] : [p. 303-305] .
[T 1] Tabelul 1. Oxidarea alcoolilor primari, secundari și terțiari la diverși derivați.
Conexiune la sursă | Încheiați conexiunea | Oxidant | catalizator de dehidrogenare |
---|---|---|---|
Alcooli primari | |||
R - CH20H | R−CHO | AgO, N 2 O 4 , K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 , CrO 3 , Ag 2 Cr 2 O 7 , (C 5 H 5 NH) 2 Cr 2 O 7 , C 5 H 5 NHCrO 3 Cl, CrO2CI2 , [ ( CH3 ) 3CO ] 2CrO4 , MnO2 , K2FeO4 , NiO2 _ _ _ _ _
Agenți specifici pentru Ar- CH2OH : (NH4 ) 2Ce ( NO3 ) 6 , NaBrO3 , Pb( CH3COO ) 4 , KOCl , ( CH3 ) 3COCl |
Cu, CuO, Co 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Ag, Pt, PtO 2 |
R - CH20H | R-COOH | O 2 /PtO 2 , HNO 3 (conc.), H 2 CrO 4 + H + , KMnO 4 + H + , NiO 2 , Na 2 RuO 4 | PtO 2 |
alcooli secundari | |||
R−CHOH−R | R−CO−R | (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 , CrO 3 , [(CH 3 ) 3 CO] 2 CrO 4 , H 2 CrO 4 , (C 5 H 5 NH ) 2 Cr 2 O 7 , C 5 H 5 NHCrO 3 CI, Br 2 , CI 2 , NaOCl, Ca(OCl) 2 , NaBrO 2 , NaBrO 3 , MnO 2 , KMnO 4 , Ba(MnO 4 ) 2 , KMnO 2 . Fe04 , Ru04 , Na2Ru04 _ _ _ | Cu, CuO, CuCr2O4 , Raney Ni, Ag, Pd, Pt , PtO2 |
Alcooli terțiari | |||
(R) 3C -OH | (R) 3C -O-OH | H2O2 + H2SO4 _ _ _ _ _ | — |
(R) 3C -OH | R−CO−R | Pb( CH3COO ) 4 | — |
(R) 3C -OH | RCOOH + R−CO−R | CrO3 _ | — |
În practica de laborator, pentru oxidarea alcoolilor se folosesc cel mai des compușii de crom hexavalent: dicromat de sodiu cu acid sulfuric sau oxid de crom (VI) [78] : [p. 436] :
De obicei, așa-numitul reactiv Jones este utilizat pentru a efectua reacția - o soluție de oxid de crom (VI) în acid sulfuric diluat și acetonă . Reactivul poate fi preparat și din dicromat de sodiu sau de potasiu. Oxidarea Jones este utilizată pentru a oxida selectiv alcoolii secundari la cetone și alcoolii primari la acizi carboxilici și în unele cazuri la aldehide [79] .
Alcoolii terțiari sub acțiunea trioxidului de crom sunt oxidați cu distrugerea scheletului de hidrocarburi, de exemplu, cicloalcanolii sunt transformați cu deschiderea inelului în cetone și acizi carboxilici [80] .
O alternativă la reactivul Jones este complexul de trioxid de crom cu piridină CrO 3 •2C 5 H 5 N, numit reactiv Sarret . Acest reactiv permite oxidarea selectivă a diverșilor alcooli primari la aldehide în condiții non-apoase, dar pericolul său ridicat de incendiu și higroscopicitatea, precum și proprietățile de bază ale piridinei, limitează aplicarea acestuia [81] .
O soluție de reactiv Sarret în clorură de metilen se numește reactiv Collins . Această modificare a agentului de oxidare este mai convenabilă și mai sigură și poate fi folosită (spre deosebire de cei doi reactivi anteriori) pentru oxidarea substraturilor sensibile la acizi sau alcalii [82] .
În 1975, a fost propus un nou reactiv stabil și convenabil pe bază de crom hexavalent, clorochoromat de piridiniu C 5 H 5 NHCrO 3 Cl [83] , pentru oxidarea alcoolilor la compuși carbonilici :
Mecanism schematic de reacție [84] :
Un avantaj important al reactivului este inerția sa față de legăturile nesaturate, ceea ce face posibilă obținerea de aldehide și cetone nesaturate.
Printre alți compuși complecși ai cromului se folosesc: dicromat de piridiniu, fluorocromat de piridiniu, clorocromat de dipiridiniu, precum și clorocromații diferiților compuși heterociclici - chinolină , pirazină , imidazol etc. [85] .
Oxidarea cu compuși de manganPentru oxidarea alcoolilor din compușii de mangan , se folosesc cel mai des MnO 2 și KMnO 4 . Prin modificarea condițiilor de reacție (temperatură, pH , etc.), aldehidele, cetonele sau acizii carboxilici pot deveni produși de oxidare.
Sub acțiunea oxidului de mangan (IV) la temperatura camerei, în funcție de structură, alcoolii nesaturați sunt transformați în aldehide sau cetone, reținând legătura dublă [86] :
De asemenea, alcoolii acetilenici reacţionează similar [86] .
Un factor important în activitatea oxidului de mangan(IV) este metoda de preparare a acestuia - cele mai bune rezultate se obțin prin reacția permanganatului de potasiu cu sulfatul de mangan într-un mediu slab alcalin [62] :[p. 267] .
O soluție de permanganat într-un mediu acid acționează ca un agent oxidant puternic, care transformă alcoolii alifatici primari în acizi carboxilici și pe cei secundari în cetone [87] :
Într-un mediu alcalin la rece, soluțiile de permanganat nu reacţionează cu alcoolii [25] : [p. 22] .
Oxidarea atentă a alcoolului benzilic cu permanganat de potasiu cristalin într-un mediu neapos în prezența eterului coroană ca catalizator de tranziție de fază duce selectiv la benzaldehidă [88] .
Oxidarea catalitică cu oxigenOxidarea alcoolilor cu oxigenul atmosferic în prezența catalizatorilor este o metodă comună pentru producerea compușilor carbonilici (de obicei cetone) în industrie [89] .
Una dintre modalitățile comune este utilizarea argintului sub formă de pulbere ca catalizator [90] :
Metanolul este oxidat de oxigenul atmosferic la formaldehidă în prezența oxizilor de metale tranziționale (de exemplu: Fe 2 O 3 ) cu un randament de până la 95% (reacția Adkins-Peterson) [91] :
Oxidarea catalitică a etanolului cu oxigenul atmosferic în prezența oxidului de crom (III) sau a oxidului de cupru (II) este un experiment demonstrativ popular în scopuri educaționale [92] [93] :
Utilizarea unui catalizator mixt litiu-argint-aluminiu face posibilă efectuarea oxidării directe a etanolului la oxid de etilenă [94] :
O varietate de catalizatori pot fi utilizați pentru oxidarea alcoolilor, de exemplu , oxid de vanadiu (V) [95] , oxid de ruteniu (IV) [96] , acetat de paladiu (II) [97] și o serie de alții.
Oxidarea cu alți agenți oxidanți anorganiciExistă un număr mare de compuși anorganici care pot fi utilizați pentru a oxida alcoolii la anumiți derivați. Tabelul 2 prezintă exemple de utilizare a unor reactivi.
[T 2] Tabelul 2. Exemple de reactivi anorganici utilizați pentru oxidarea alcoolilor.
Oxidant | Conexiune la sursă | Încheiați conexiunea | Condiții de reacție |
---|---|---|---|
acetat de plumb(IV) : Pb( CH3COO ) 4 | Ar - CH20H | Ar-CHO | soluție în piridină , temperatura camerei [98] |
R-CR'OH-CR'OH-R | (RR')C=O | soluție de acid acetic, randament cantitativ [99] | |
tetroxid de dinazot : N2O4 | R - CH20H | R-COOH | cloroform , 0 °С [100] |
hipocloriți : Ca(OCl) 2 , NaOCl, KOCl | R− CH2OH / R−CHOH−R | R-C(O)-OCH2R / R-CO-R | acid acetic , 0 °С [101] |
azotat de diamoniu-ceriu(IV) : (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 | Ar - CH20H | Ar-CHO | acid acetic , 50-100 °C [60] : [p. 9] . |
ferat de potasiu : K 2 FeO 4 | Ar - CH2OH + CH3OH | Ar-COOCH 3 | diclormetan , CuSO 4 , randament peste 70% [102] |
Reactiv fetizon : Ag 2 CO 3 / pământ de diatomee | R-CH(OH)-R/R-CH(OH)-CH2- CH (OH)-R | R-C(O)-R/R-C(O)-CH2 - CH(OH)-R | carbonat de argint depus pe un purtător solid de pământ de diatomee ( ing. celită ) [103] |
În 1963, K. Pfitzner și J. Moffatt au publicat o publicație care raporta descoperirea unei noi metode de oxidare a alcoolilor. Oamenii de știință au dizolvat componentele inițiale într-un amestec de dimetil sulfoxid anhidru și diciclohexilcarbodiimidă în prezența unui acid slab. Ca urmare a reacției, în funcție de structura alcoolului, s-a obținut aldehida sau cetona corespunzătoare , în timp ce chiar și pentru alcoolii primari sensibili, practic nu s-au observat urme de acizi carboxilici în produșii de oxidare [104] :
Doi ani mai târziu, a fost propus un mecanism de transformare [105] [106] :
În conformitate cu mecanismul de reacție, diciclohexilcarbodiimida protonată (DCC) în prima etapă reacționează cu dimetisulfoxidul (DMSO) pentru a forma un intermediar de sulfoniu (1), așa-numitul „DMSO activat” , care conține o grupare ușor de plecare asociată cu o încărcare pozitivă. atom de sulf . Alcoolul înlocuiește rapid această grupă, formând o sare de alcoxidimetilsulfoniu (2), care la rândul ei, pierzând un proton, se transformă într-o tioilură (3). În etapa finală a procesului, are loc scindarea intramoleculară a ilidei, ducând la formarea compusului carbonil final și a sulfurei de dimetil . Se observă că „DMSO activat” (1) este capabil să se descompună cu formarea unei particule foarte reactive (4), care, reacționând cu alcoolul, formează un produs secundar - metiltiometil eter (5). În același timp, având în vedere că eliminarea se desfășoară la o temperatură mai mare decât procesul principal, controlul temperaturii progresului reacției poate fi utilizat pentru a minimiza proporția de subproduse [105] .
Conform mecanismului de oxidare, prezența unui acid este necesară pentru protonarea DCC, dar acizii minerali puternici (HCl, HClO 4 , H 2 SO 4 etc.) sunt nepotriviți pentru reacție - ei împiedică formarea ilidei ( 3). Experimentele au arătat că utilizarea acidului fosforic sau dicloracetic , precum și a trifluoracetatului de piridiniu , este optimă [107] .
Această metodă a devenit baza a numeroase studii științifice în domeniul oxidării alcoolului cu dimetil sulfoxid activat, care au condus ulterior la numeroase modificări și la dezvoltarea practică a unor noi metode de oxidare [108] : [p. 991-100] .
Oxidații Albright-Goldman și Albright-OnoderaÎn 1965 (la doi ani după raportul lui Pfitzner și Moffatt), Albright și Goldman au propus o metodă de oxidare a alcoolilor la temperatura camerei cu un amestec de DMSO și anhidridă acetică [106] . Modificarea propusă este inferioară metodei Pfitzner-Moffatt datorită mai multor produse secundare, totuși, disponibilitatea anhidridei acetice face ca oxidarea Albright-Goldman să fie utilă pentru practica de laborator [108] :[p. 114] .
În același raport din 1965, Albright și Goldman au menționat că DMSO ar putea fi activat cu oxid de fosfor (V) [106] . Câteva luni mai târziu, Onodera și colegii au făcut un raport detaliat despre o nouă metodă de oxidare a alcoolilor cu un amestec de DMSO și P 2 O 5 (metoda a fost numită oxidarea Albright-Onodera [108] : [p. 118] ) [109] . În cele din urmă, în 1987, această metodă de oxidare a fost îmbunătățită: diclormetanul a fost folosit ca solvent în prezența trietilaminei [110] .
Oxidarea lui Parih-DeringaO altă metodă de oxidare a alcoolilor folosind dimetil sulfoxid activat este oxidarea lui Parikh - Dering, unde o soluție de trioxid de sulf în piridină (complex de piridină SO 3 • C 5 H 5 N) în prezența trietilaminei este utilizată ca reactiv de activare. . Reacția are loc la răcire (aproximativ 0 °C) sau la temperatura camerei. Metoda descoperită de Parikh și Dering în 1967, în ciuda disponibilității sale practice, se caracterizează printr-un conținut crescut de component secundar, metiltiometil eter, în produsele țintă. Mecanismul oxidării Parikh-Dering este similar cu cel al oxidării Pfitzner-Moffatt [111] .
Swern oxidareUna dintre cele mai bune metode folosind DMSO activat a fost procedeul cu clorură de oxalil descoperit în 1978 de Swern [112] :
Oxidarea alcoolilor conform Swern poate fi realizată în condiții foarte blânde (temperatura -78°C, sub argon și creșterea treptată a temperaturii până la 0°C). Cu această reacție, aldehide și cetone pot fi obținute din alcooli primari și, respectiv, secundari. Principalul dezavantaj al metodei este eliberarea de produse secundare toxice și neplăcute - sulfură de dimetil și monoxid de carbon (II) [113] .
Prima etapă a reacției Swern este interacțiunea la temperatură joasă a dimetilsulfoxidului (1a și 1b) cu oxaliclorura (2). Intermediarul (3) se descompune rapid cu eliberarea de CO și CO 2 și formarea clorurii de dimetilclorsulfoniu (4), care la rândul său reacţionează cu alcoolul (5), formând un ion alcoxisulfoniu (6). Apoi intră în reacție trietilamina, care deprotonează intermediarul, dând ilura (7). Inelul de tranziție cu cinci atomi (7) se descompune, formând sulfură de dimetil și cetona sau aldehida finală (8) [112] [114] .
Oxidarea Corey-KimSpre deosebire de oxidarea Pfitzner-Moffatt și altele asemenea, în care „ DMSO activat ” se formează în reacția DMSO cu un agent electrofil, metoda Corey-Kim folosește sulfura de dimetil ca reactiv de pornire [115] :
Esența metodei a fost formarea clorurii de clorodimetilsulfoniu - care era în esență „ DMSO activat ” al lui Swern (vezi oxidarea Swern ) - prin acțiunea clorului asupra DMS [116] :
În practică, totuși, oamenii de știință au sugerat utilizarea N-clorosuccinimidei (NCS) în loc de clor, care reacționează cu dimetisulfura pentru a forma ion de clorodimetilsulfoniu, care, la rândul său, reacționează cu alcoolul prin analogie cu procesul Swern [116] :
La începutul secolului al XX-lea, Meerwein, Pondorf și Werley au descoperit în mod independent reacția de reducere a compușilor carbonilici la alcooli ( reducerea Meerwein-Pondorf-Verley ) în prezența alcoolatului de aluminiu ( izopropanolul a acționat ca donor de protoni ) [117] [118 ] ] [119] :
În 1937, Oppenauer a efectuat reacția inversă: folosind un exces de acetonă ca agent oxidant în prezența terț -butoxidului de aluminiu , a reușit, de fapt, să schimbe echilibrul și să transfere procesul de reducere în sens invers [120] [121] :
Oxidarea lui MukayamaÎn 1977, Mukayama și colab. au publicat o lucrare în care a raportat că alcoolații de magneziu s-au format ca urmare a interacțiunii alcoolului cu bromura de propilmagneziu sau bromura de tert -butoximagneziu în prezența 1,1’-(azodicarbonil)dipiperidinei (acționând ca un acceptor de hidrogen) oxidează la temperatura camerei pornind alcoolul în aldehidă sau cetonă [122] :
Deși reacția Mukayama nu aparține numărului de metode obișnuite de oxidare a alcoolilor, este de interes preparativ datorită condițiilor de curgere mai blânde (comparativ cu oxidarea Oppenauer) și este însoțită de o cantitate mai mică de produse secundare [108] :[ p. 276] .
Compușii de iod pentavalent sunt agenți oxidanți puternici, cu toate acestea, datorită instabilității și solubilității slabe în solvenți organici, practic nu au fost utilizați în practica organică de laborator. Cu toate acestea, în 1983, Dess și Martin au publicat informații despre un compus organic nou, stabil și foarte solubil în diclormetan de iod hipervalent, care este un agent oxidant eficient și foarte ușor pentru alcoolii primari și secundari [123] .
Metoda, numită oxidare Dess-Martin, s-a dovedit a fi foarte eficientă și a fost dezvoltată în multe lucrări ulterioare [124] [125] [126] .
Pe lângă periodinanul Dess-Martin, există și alți compuși ai iodului hipervalent utilizați ca agenți oxidanți pentru alcooli: acid 2-iodoxibenzoic , diclorura de iodobenzen, iodozobenzen etc. [126] .
Oxidarea cu radicali stabili de nitroxiziÎn 1987, Anelli și colab. au publicat un studiu care raporta utilizarea unui radical nitroxid liber (4-metoxi-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-oxil sau 4-metoxi-TEMPO în engleză ) ca catalizator pentru selectivitate rapidă. oxidarea alcoolilor primari si secundari. Reacția a fost efectuată la 0 °C într-un mediu bifazic CH2Cl2 - apă în prezența unui agent oxidant secundar ( NaOCl ) , precum și în cantități mici de NaHCO3 ( stabilizează pH -ul soluției) și KBr (accelerează reacția datorită formării HOBr, un agent oxidant mai puternic în comparație cu HOCl) [127] :
Mecanismul reacției de oxidare folosind TEMPO este următorul [128] :
În prezent, oxidarea folosind TEMPO și derivații săi este utilizată pe scară largă în practica de laborator, în timp ce reacția în sine a fost modificată în mod repetat: pe lângă NaOCl, iodozobenzen , acid tricloroizocianuric , CuCl + O 2 , Cu(ClO 4 ) 2 , I 2 și a numărul altora [129] .
Dehidrogenarea catalitică a alcoolilor, o metodă industrială obișnuită pentru producerea compușilor carbonilici, este rar utilizată în practica de laborator datorită necesității de a utiliza echipamente complexe și catalizatori special pregătiți pe bază de cupru, argint, platină (inclusiv cei cu diverși aditivi), ca precum și diverși oxizi de metal, inclusiv compoziții mixte [60] : [p. 11-12] .
Formaldehida se obține prin dehidrogenarea metanolului peste cupru, crom sau argint la scară industrială [130] :
Dehidrogenarea metanolului pe un catalizator de cupru modificat la o temperatură de 200°C dă formiat de metil [131] :[p. 131] :
Oxidul de siliciu (IV) foarte deshidratat poate fi utilizat pentru producerea selectivă de acetaldehidă din etanol [132] :
Una dintre metodele utilizate în practică pentru o perioadă destul de lungă este dehidrogenarea catalitică a alcoolilor primari și secundari în prezența oxidului de cupru-crom mixt la o temperatură de aproximativ 300 °C [133] :
Metodele moderne de preparare pentru dehidrogenarea alcoolilor pe bază de catalizatori organometalici fac posibilă obținerea de compuși carbonilici în condiții blânde și cu randament ridicat. De exemplu, un complex complex de ruteniu poate fi utilizat pentru a transforma alcoolii primari în cetone [134] sau esteri [135] :
Un alt exemplu de reacție folosind compuși organici complecși ai ruteniului ca catalizator [136] :
O metodă specială de oxidare a alcoolului - biochimică, care apare în organismele vii sub acțiunea enzimelor naturale - este, pe de o parte, un proces metabolic important , pe de altă parte, un proces microbiologic industrial utilizat pentru obținerea diferiților compuși utili.
Capacitatea unui număr de bacterii aerobe din familia Acetobacteraceae (genul Acetobacter și Gluconobacter ) sub influența oxigenului în timpul respirației celulare de a transforma alcoolii în compușii carbonilici sau acizi carboxilici corespunzători este de cea mai mare importanță practică. Cel mai important dintre aceste procese este fermentația acetică , a cărei schemă generală este următoarea (pentru Acetobacter aceti ):
În această schemă, catalizatorii procesului sunt următoarele enzime: alcool dehidrogenază (ADH) și aldehid dehidrogenază (ALDH). Coenzima grupării dehidrogenazei este pirochinolon chinona (PQQ) [137] .
Sunt cunoscute și alte exemple de oxidare biochimică a alcoolilor. De exemplu, bacteriile gram-negative Gluconobacter oxydans , pe lângă conversia acidului acetic a etanolului, pot transforma glicerolul în dihidroxiacetonă , manitolul în fructoză și sorbitolul în sorboză [138] .
Grupările hidroxil neactivate sunt destul de rezistente la hidrogenoliză și pot fi reduse în condiții destul de dure. Reacțiile de hidrogenare au loc la temperaturi și presiuni ridicate; ca catalizatori sunt utilizați nichel [139] , oxizi mixți de crom-cupru [140] , zeoliți [141] .
În procesul de hidrogenare pentru alcooli superiori, scurtarea lanțului de hidrocarburi poate avea loc în paralel [142] :
Hidrogenarea alcoolilor primari poate fi descrisă ca substituție S N 2 cu hidrogen care atacă atomul de carbon. Reacția alcoolilor terțiari corespunde mecanismului S N 1 [141] .
Hidrogenarea alcoolilor polihidroxilici poate avea loc cu un grad ridicat de selectivitate. De exemplu, hidrogenoliza glicerolului poate fi oprită în stadiul de 1,2-propandiol [142] :
O metodă convenabilă de hidrogenare a alcoolilor este un proces în două etape, în prima etapă, sub acțiunea diciclohexilcarbodiimidei în prezența cantităților catalitice de CuCl , alcoolul este transformat în O-alchil-N,N-diciclohexilizouree, care este apoi ușor hidrogenat în condiții blânde cu un catalizator paladiu-carbon [142] :
Alcoolii alilici și benzilici sub acțiunea sistemului clorură de metil litiu - titan (III) la -78 ° C sau la fierbere în prezență de hidrură de litiu aluminiu și clorură de titan (III) intră într-o reacție de cuplare simetrică, conform schemei de mai sus . În cazul utilizării unui amestec de doi alcooli diferiți, se formează un amestec corespunzător de trei produse combinate posibile [42] :[p. 197] .
Combinația de alcooli în prezența unui catalizator de ruteniu și acizi Lewis are loc conform unei scheme diferite [143] :
Una dintre metodele convenabile și utilizate pe scară largă pentru reducerea alcoolilor la alcani este dezoxigenarea radicală a tiocarbonaților și xantaților în prezența hidrurii de tributilstaniu (sau a altor surse de radicali de hidrogen ) și a azobisizobutironitrilului (AIBN, un inițiator al procesului radical) [144] :
Această metodă, numită reacția Barton-McCombie sau reacția Barton , are următorul mecanism:
Una dintre cele mai simple metode de recuperare a alcoolilor este interacțiunea acestora cu iodură de hidrogen [145] :
În practică, un amestec de fosfor și iod este folosit mai des pentru a înlocui HI scump și pentru a regenera iodul în timpul reacției [145] :
Printre alți agenți reducători diverși în literatură se găsesc: acidul iodhidric în anhidrida acetică , zincul metalic în combinație cu acizii acetic sau clorhidric , sodiu în amoniac lichid etc. [53] : [p. 14] .
În 1953, Reppe a arătat în lucrarea sa că, în prezența carbonililor de cobalt, fier și nichel, sub influența temperaturii și presiunii ridicate, alcoolii sunt capabili să adauge monoxid de carbon (II) pentru a forma acizi carboxilici. Procesul se numește carbonilare [146] :
Carbonilarea alcoolilor polihidroxilici conduce la acizi policarboxilici:
Mai târziu, procesul a fost îmbunătățit: a fost utilizat un catalizator de cobalt cu un promotor care conține iod . Compusul activ din proces este HCo(CO) 4 ( tetracarbonilhidrocobalt ), format în timpul reacțiilor [131] :[p. 134-135] :
Procesul decurge apoi după cum urmează:
Carbonilarea este utilizată în sintezele industriale și este posibilă nu numai pentru metanol: utilizarea rodiuului și a altor catalizatori face posibilă adăugarea de CO la o mare varietate de alcooli primari, secundari și chiar terțiari [131] :[p. 137] .
Pentru alcoolii inferiori este posibilă și reacția de hidroformilare mai caracteristică alchenelor [131] : [p. 140] :
Reacția de omologare, adică conversia unui compus organic în omologul său prin introducerea uneia sau mai multor grupări metilen, a fost mai bine cunoscută pentru alcooli pentru prima dată în 1940 - etanolul a fost sintetizat catalitic la presiune ridicată din metanol [ 147 ] :
Hidroformilarea este un proces de utilizare extrem de limitată - doar câțiva alcooli ( tert -butanol, alcool benzilic ) dau randamente acceptabile și selectivitate relativ mare [131] :[p. 147] .
În 1963, a fost descris pentru prima dată procesul de carbonilare oxidativă a alcoolilor în prezența PdCl 2 ca catalizator [148] :
Dacă reacția este efectuată la presiune ridicată (7 MPa) și temperatură (125 ° C), produsul final va fi oxalat de dietil în loc de carbonat de dietil .
De asemenea, au fost dezvoltate scheme pentru sinteza prin carbonilarea oxidativă a carbonatului de dimetil și oxalatului de dimetil din metanol, oxalatului de dibutil din butanol și a unui număr de alți compuși [148] .
1,2-diolii diterțiari sunt capabili să participe la reacțiile de rearanjare a pinacolinei. În timpul procesului, există o migrare 1,2 a grupării alchil în carbocationul intermediar . Produsele sunt pinacoline - cetone , în care gruparea carbonil este conectată la un atom de carbon terțiar. Numele reacției provine de la cel mai faimos exemplu de rearanjare, conversia pinacolului în pinacolon [149] :
Rearanjarea pinacol se referă la rearanjarea Wagner-Meerwein .
Deshidratarea alcoolilor aliciclici (conținând un fragment ciclic saturat ) poate duce la formarea de produși de migrare 1,2 ai grupării alchil. Migrația este îndreptată spre centrul carbocationilor în timpul eliminării. Astfel de reacții, împreună cu cele rezultate din adăugarea la legături multiple sau substituția nucleofilă, sunt numite rearanjamente Wagner-Meerwein . Reacția este de o importanță deosebită pentru compușii biciclici, în special pentru derivații de camfor . Un exemplu de astfel de reacție este conversia catalizată de acid a izoborneolului în camfen [150] .
Adăugarea de alcooli la compușii care conțin legături multiple este de mare importanță în practica de laborator.
Să notăm pe scurt unele dintre cele mai tipice reacții de adiție care implică alcooli.
Alcoolii, de regulă, intră destul de ușor în reacții de substituție nucleofilă cu diferite substraturi, sunt capabili să se oxideze în compuși carbonilici sau să piardă apă sub acțiunea acizilor . Când se efectuează sinteze complexe, adesea devine necesară protejarea grupărilor hidroxil pentru a desfășura reacții în raport cu alte centre de reacție. În timpul sintezei, gruparea hidroxil protejată rămâne neschimbată, iar la sfârșitul procesului, protecția este îndepărtată folosind reactivi speciali [152] .
[T 3] Tabelul 3. Câteva grupări protectoare comune pentru alcooli, precum și reactivi pentru instalarea și îndepărtarea acestora [153] .
Grup protector | Instalarea unui grup de protecție | Deprotejare | ||
---|---|---|---|---|
reactiv de instalare | mediu de instalare | agent de îndepărtare | mediu de îndepărtare | |
CH3O _ _ | ( CH30 ) 2S02 _ _ | NaOH , ( C4H9 ) 4N + I- _ _ _ | ( CH3 ) 3SiI _ | CHCI3 _ |
( CH3O ) 2SO2 sau CH3I _ _ _ _ | NaH sau KH , THF | bbr 3 | Nal , eter coroană sau CH3COOC2H5 _ _ _ _ | |
CH 3 I | KOH , DMSO | BF3 . ( C2H5 ) 2O _ _ _ | HSCH2CH2SH , HCI _ _ _ _ | |
( CH3 ) 3COK , THF | SiCl4 _ | Nal , CH2CI2 , CH3CN _ _ _ _ | ||
Ag2O _ _ | AlCl3 sau AlBr3 _ _ | C2H5SH _ _ _ _ | ||
CH2N2 _ _ _ | gel de silice | AlCl 3 | ( C4H9 ) 4N + I- , CH3CN _ _ _ _ _ | |
( CH3 ) 3CO− _ | CH 2 \u003d C (CH 3 ) 2 | H2SO4 sau H3PO4 , BF3 • ( C2H5 ) 2O _ _ _ _ _ _ _ _ | CF3COOH _ _ | — |
acid clorhidric | dioxan | |||
(CH3 ) 3COC ( =NH) CC13 | BF3 • ( C2H5 ) 2O , CH2CI2 , ciclohexan _ _ _ _ _ | HBr | CH3COOH _ _ | |
( CH3 ) 3SiI _ | CHCI3 sau CCl4 _ _ | |||
CH 2 \u003d CHCH 2 O− | CH 2 \u003d CHCH 2 Br | NaOH sau NaH , benzen | A. ( CH3 ) 3COK ; b. H + | DMSO |
( C2H50 ) 2 Mg _ _ | A. [ ( C6H5 ) 3P ] 3RhCI , C2H5OH ; _ _ _ _ _ b. Hg2 + , H + | DABCO | ||
BaO , DMF | PdCl2 , CuCI , O2 _ _ | DMF | ||
KF -Al , CH3CN | NaBH4 , I2 _ _ | THF | ||
C6H5CH2O _ _ _ _ _ _ | C6H5CH2Br sau C6H5CH2CI _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ | NaOH | Pd / H2 | C2H5OH _ _ _ _ |
NaH , THF , ( C4H9 ) 4N + I- _ | Na în amoniac lichid | — | ||
Ag20 , DMF _ _ | SnCl 4 | CH2Cl2 _ _ _ | ||
C6H5CHN2 _ _ _ _ _ | H [ BF4 ] , CH2CI2 _ _ | bbr 3 | — | |
( C6H5 ) 3CO− _ _ _ | ( C6H5 ) 3CC1 _ _ _ | 4-N,N-dimetilaminopiridină, DMF | CF3COOH _ _ | ( CH3 ) 3COH _ |
HCOOH | ( C2H5 ) 20 _ _ _ | |||
Pd / H2 | C2H5OH _ _ _ _ | |||
BF3 . ( C2H5 ) 2O _ _ _ | CH2CI2 , CH30H _ _ _ _ _ | |||
( CH3 ) 3SiO− _ | ( CH3 ) 3SiCI _ | ( C2H5 ) 3N , THF _ _ | K2CO3 _ _ _ | CH3OH _ _ |
Li2S , CH3CN _ _ _ _ | acid de lamaie | CH3OH _ _ | ||
CH3C (OSi(CH3 ) 3 ) =NSi ( CH3 ) 3 | DMF | FeCl3 _ | CH3CN _ _ | |
CH3CH =C(OCH3 ) OSi ( CH3 ) 3 | CH2CI2 sau CH3CN _ _ _ _ _ | 2,3-diclor-5,6-diciano-1,4-benzochinonă | CH3COOC2H5 _ _ _ _ _ | |
( C2H5 ) 3SiO- _ _ _ | ( C2H5 ) 3SiCI _ _ _ | piridină | HF | CH3CN _ _ |
( C2H5 ) 3SiH _ _ _ | CsF , imidazol | 2,3-diclor-5,6-diciano-1,4-benzochinonă | CH3CN _ _ | |
HCOO- | HCOOH | — | KHCO3 _ | CH3OH _ _ |
CH 3 COO- | ( СH3CO ) 2O _ | piridină | K2CO3 _ _ _ | CH3OH _ _ |
CH3COCl _ _ | CH2Cl2 _ _ _ | guanidina | C2H5OH , CH2CI2 _ _ _ _ _ _ _ | |
СCl 3 COO− | Cl3COCl _ _ | piridină , DMF | NH3 _ | C2H50H , CHCI3 _ _ _ _ _ |
CF 3 COO− | (СF 3 CO) 2 O | piridină | H2O _ _ | — |
C6H5COO− _ _ _ _ | ( С6H5CO ) 2O _ _ _ | piridină | NaOH | CH3OH _ _ |
C6H5COCI _ _ _ _ | Na2C03 , butilitiu _ _ _ | ( C2H5 ) 3N _ _ _ | CH3OH _ _ | |
( C6H5COO ) 2 _ _ | ( C6H5 ) 3P , CH2CI2 _ _ _ _ _ | BF3 . ( C2H5 ) 2O _ _ _ | ( CH3 ) 2S _ |
Una dintre cele mai comune modalități de a proteja grupările hidroxil este reacția alcoolilor cu clorotrialchilsilan în prezența unei baze pentru a forma eteri alchilsililici [154] [pp.626-628] :
Eterul sililic rezultat poate fi utilizat suplimentar pentru sinteze terțe, de exemplu:
Hidroliza acidă este utilizată pentru a îndepărta protecția:
O modalitate importantă de a proteja grupările hidroxil este prin metoda de formare a eterului . Ca astfel de compuși, cel mai des sunt utilizați eteri terț -butil, alil, benzii, trifenilmetil; mai rar, metil eter [152] .
Protecția este setată după cum urmează [152] :
Pentru a îndepărta protecția, se folosește cel mai adesea hidroliza acidă a eterilor prin acțiunea HI , HBr , CF 3 COOH și a altor reactivi similari.
Un reactiv eficient pentru îndepărtarea protecției grupărilor hidroxil este o soluție de terț -butoxid de potasiu în DMSO , care este o bază puternică (" superbază "). Această soluție este capabilă să genereze intermediari carbanion , care reacționează destul de ușor cu eterii [152] :
Protecția grupării hidroxil este posibilă prin formarea de esteri . Cel mai adesea, în aceste scopuri se folosesc acetații, care se formează prin interacțiunea alcoolilor cu anhidrida acetică la temperatura camerei într-un mediu piridinic ; uneori în combinație cu niște catalizatori acizi [155] :[p.110] :
Îndepărtarea grupării protectoare se realizează cu ajutorul hidrolizei bazice (mai rar acide), de exemplu: amonoliză cu amoniac în metanol [155] : [p. 111] .
Pentru a proteja gruparea hidroxil din zaharuri , în plus față de acetat, se folosește protecție cu benzoil și nitrobenzoil (reactivul este clorură de benzoil sau nitrobenzoil). În chimia steroizilor se folosește protecția cu formiat (reactivul este acid formic ), care poate fi îndepărtat selectiv (fără a afecta alte grupări esterice) prin bicarbonat de potasiu în soluție de metanol. Printre alte grupări de esteri de protecție, notăm trifluoro-, și cloro-, metoxi- și fenoxiacetați, precum și carbonați și alți derivați [155] : [p.111-115] .
Una dintre cele mai comune și eficiente metode de protejare a grupărilor hidroxil este reacția cantitativă a alcoolilor cu 2,3-dihidro-4H-piran sub cataliză acidă (POCl 3 , HCl etc.). Pentru a îndepărta protecția, tetrahidropiranil eterii rezultați pot fi supuși hidrolizei acide în condiții destul de blânde [155] : [pp. 104-107] :
Protecția cu tetrahidropiranil este destul de comună datorită ușurinței instalării și îndepărtarii, dar nu este aplicabilă în condiții acide și pentru alcoolii optic activi [155] :[p. 104-107] . Dacă este necesar să se protejeze alcoolii stereoizomeri, pentru protecție se folosesc acetalii sau cetalii simetrici și, în special, derivații metoxi ai dihidropiranului [155] :[p. 108-109] .